干旱灾害评估综述

农业干旱风险评估研究综述

摘要: 对农业干旱风险致险性、脆弱性及损失模型等方面进行了深入系统的回顾与评述, 阐述了农业干旱风险研究的前沿领域和学术问题, 展望了农业干旱风险未来的发展趋势: 农业干旱致险性评估的关键是构建合适的干旱指标, 目前干旱评估指标很多, 大致可分为水分变异程度指标、干旱发展过程指标和干旱空间差异指标三类, 但多数指标对农业干旱成灾过程反映不足, 在评估方法上对农业干旱灾害机理认识不深入, 成为了农业致险性评估的瓶颈; 农业干旱脆弱性通常决定着农业干旱风险的高低, 其中, 灌溉能力、技术、资金等是影响农业脆弱性高低的重要因子, 而定量刻画农业干旱脆弱性对政策、技术、保险等人文因素的响应是当前研究的薄弱环节; 农业干旱风险损失评估模型较多, 但由于受区域、人为等因素影响, 多数模型普适性较差。因此, 未来农业干旱风险评估需要深入认识农业干旱影响的机理和过程, 突出研究农业干旱脆弱性对人文因素变化的响应, 并通过区间合作来进一步改进风险损失模型。

关键词: 农业干旱风险; 干旱致险性; 承灾体脆弱性

干旱是影响农业生产的主要气象因素。据测算, 全球每年因干旱造成的经济损失高达60~ 80 亿美元, 且大部分损失表现在农业部门。IPCC 在其系列评估报告中指出, 未来干旱风险有不断增加的趋势。为了应对未来干旱灾害的影响, 各国政府将会开展大量的工程和非工程减灾行动。然而, 减灾行动一般都涉及到巨额的资金投入或影响广泛的社会系统的调整, 显然, 盲目的减灾行动必然导致人力、物力和财力等的大量浪费, 有悖于减灾的初衷。只有对灾害孕育、发生、发展、可能造成的影响进行科学、系统的分析, 才能避免行动的盲目性。灾害风险评估是科学、系统分析灾害风险的一种重要途径, 是减灾政策形成的重要过程。因此, 开展农业干旱风险评估研究十分有意义。

农业干旱风险是农业风险中最为普遍的一种自然灾害风险, 它是农业干旱对农业生产、农民生活造成损失的可能性概率。依据风险评估理论 ,农业干旱风险是由干旱致险性和农业承灾体的脆弱性共同构成的, 其风险估算是通过一定的干旱致灾危险性模型、承灾体脆弱性评估模型进行风险定量化计算, 从而确定可能的损失度或损失等级的过程。目前, 由于自然灾害风险理论与方法的不断发展, 农业干旱风险研究也取得了长足的进步。本文围绕农业干旱风险的构成要素及其评估过程, 分别从农业干旱风险的致险性、农业承灾体的脆弱性及农业干旱风险评估模型等三个方面归纳了目前的研究现状, 指出研究中存在的主要问题, 以及今后研究的主要发展方向。

1 农业干旱致险性研究

农业干旱的致险性是由某种干旱发生的强度和频率决定。一般而言, 在假设干旱承灾体脆弱性相同的情况下, 干旱灾害强度越大, 发生频次越高, 则灾害的致险程度越高, 反之, 其致险程度低。由于农业干旱致险性评估是在历史资料基础上进行的, 干旱灾害频次变化从统计角度易于获取, 而干旱强度的判断则比较复杂, 因此, 进行农业干旱风险评估时多数学者均致力于干旱强度评价指标的研究。另外, 农业干旱致险性评估方法也是目前研究的重点内容。

1. 1 农业干旱致险性评估指标

农业是由农业、作物、农户等不同对象组成的复杂系统, 由于评估对象、目的不同而形成了多种多样的干旱指标。在区域农业干旱评估中, 有的以旬或月降水量的变异程度构建指标, 指示区域水资源的丰欠程度, 评估区域干旱程度; 也有的通过作物受旱生理机理过程构建干旱指标, 探讨不同生育期缺水程度影响; 此外, 有的研究把区域环境、干旱发展时空过程等作为构建干旱评估指标的主要因素。目前, 各种各样的干旱指标不下百种, 但在干旱风险评估中使用最多的无外乎为以下三类。

水分变异程度指标。这类指标大多以缺水!作为研究的出发点, 以降水作为核心因素, 从水分变异引起的水分平衡偏离程度来考察干旱程度。一些突出降水变异特征的简单指标, 如降水距平、缺水百分率、缺水成数等成为研究者首先选用的对象。这类指标构建的基本思路是, 设定一个基值( 通常以历史某时期的降水平均值作为比较参考的基值) , 然后将评估时段降水值与此基值比较, 获得一个可衡量偏离基值程度的无量纲值, 并根据事先拟定的标准来表示干旱程度。此类指标结构简单, 计算方便, 适用于综合的宏观评估。但是仅以降水多寡来反映复杂的干旱现象显然不够全面, 并且, 农业干旱并非真正出现在降水结束时, 而是出现在植物根系不能获取到所需的水分时, 因此, 还应考虑初始土壤水分墒情。然而该类指标却不能诊断土壤水分墒情, 无法界定干旱起始时间, 因而难以表达干旱发展的过程。

干旱发展过程指标。为了弥补水分变异程度指标的不足, 使干旱指标能够反映土壤水分亏缺缓慢累积的过程, 一些研究把干旱程度看作水分亏缺量和持续时间的函数, 通过降水、蒸发、初始土壤水分、径流等因素构建了土壤水分距平指数( SMAI) , 作物水分指数( CMI), Palmer( PDSI ) 指数等指标。其中Palmer 指数技术曾被认为是把降水和温度结合起来作为预测变量的最满意的方案!( Julian etc,1968) , 在美国得到广泛使用。然而Palmer 指数并非完美无缺,Guttman 等人。在计算美国的PDSI 时发现, 通常气候条件下大平原地区的PDSI 值比其它地方趋势更为严重些, 同时还发现, PDSI 将所有降水都处理成雨水也是不精确的, 因为降水不可能立刻成为两层土壤模式中的水。另外, 由于在求解土壤湿度的水分平衡方程过程中涉及到的几个参数是根据美国几个台站的观测数据经验求得的, 因此在实际应用传统PDSI 指数的过程中, 通常需要调整计算公式中的上述参数, 这就极大限制了在较大空间尺度上开展气候干湿变化分析及其在不同地区进行相互比较的研究。因此, 在具体使用时, 一些研究对该指数进行了适当的修正。

干旱空间差异指标。为了更好地展开区域间干旱程度的比较, Mckee 等提出另外一种适用更为广泛的干旱评估指标---降水标准化指数( SPI) 。这一指数有赖于大范围的实测降水资料, 从概率上描述所需时间尺度上的降水短缺, 在资料处理、计算过程方面比较简单, 更为重要的是其结果利于时空比较。因此, Keyantash 等认为SPI 在普适性、实用性等方面是综合评价最优的一种指标。但SPI 指数在应用中仅考虑降水因素, 忽略了其它因素( 如气温、土壤、土地利用方式等) 对干旱的影响, 结果的准确性显然会受到影响; 另外, SPI 计算资料年限要求较长, Guttman 认为对1 a 或更短的干旱期, 资料年限至少需50 a, 对超过1 a 的干旱, 资料年限应更长, 这无疑增加了资料获取的难度。

以上研究可以看出, 农业干旱形成是一个复杂的过程, 很多机理仍很模糊, 加上时空等因素的影响, 干旱的发展过程很难确切把握, 因此, 难以形成一个普遍适用的指标。当前, 关于农业干旱强度评估指标有很多, 但在使用中都存在